Lampade a induzione: struttura, tipi, ambito di applicazione + regole per la scelta

Oggi i consumatori scelgono sempre più spesso dispositivi di illuminazione domestici e industriali energeticamente efficienti. Tuttavia, oltre al risparmio, anche la qualità dell'illuminazione gioca un ruolo importante. Una degna alternativa alle fonti di illuminazione tradizionali sono le lampade a induzione.

Emettono una luce morbida e gradevole per gli occhi, che non altera la percezione oggettiva degli oggetti. Analizziamo insieme la struttura e i principi di funzionamento delle lampade a induzione.

Struttura e principio di funzionamento

La fonte di luce primaria in una lampadina a induzione è il plasma, creato artificialmente a seguito della ionizzazione di una miscela gassosa mediante un campo elettromagnetico ad alta frequenza.

La corrente genera un campo elettrico variabile, causando la formazione di una scarica di gas nel bulbo di vetro. Il mercurio eccitato produce radiazione UV, che grazie al fosforo viene convertita in luce visibile.

Le lampade a induzione appartengono alla categoria delle fonti di illuminazione a scarica di gas, di cui si può leggere in questo articolo.

La struttura di una lampada a induzione comprende tre elementi funzionali di base:

• tubo a scarica di gas;
• bobina di induzione con anello ferrite;
• ballast elettronico.

All'interno del tubo si trovano gocce di amalgama di mercurio. Il bulbo stesso è riempito con un gas a bassa reattività chimica – argon/cripton, e la sua superficie interna è rivestita di fosforo inorganico.

La bobina di induzione e l'elettromagnete generano un campo magnetico ad alta frequenza, sotto l'azione del quale gli elettroni liberi vengono accelerati, collidono ed eccitano gli atomi di mercurio.

Di conseguenza si forma radiazione ultravioletta. Il fosforo la trasforma in una luminosità visibile e brillante.

Come nelle semplici lampadine fluorescenti, la combinazione di diversi fosfori nel rivestimento del bulbo delle lampade a induzione produce una luminescenza di vari colori. I dispositivi più comuni hanno una temperatura cromatica di 3500 K, 4100 K, 5000 K, 6500 K.

Il ballast elettronico si collega a una fonte di tensione continua di 12 V/24 V oppure a una rete di tensione sinusoidale di 120 V/220 V/380 V.

Il sistema di controllo dell'accenditore trasforma la corrente alternata di 50 Hz in continua, e poi in corrente ad alta frequenza da 190 kHz a 2,65 MHz.

Questa corrente ad alta frequenza genera il campo magnetico. Inoltre, l'avviatore produce un forte impulso iniziale che accende la sorgente luminosa a induzione.

Per garantire un funzionamento stabile del dispositivo di illuminazione senza elettrodi, il sistema di controllo può anche variare l'intensità della corrente elettrica e la sua frequenza attraverso la bobina dell'induttore.

Per ridurre la dispersione del campo elettromagnetico ad alta frequenza, le lampade sono dotate di schermi in ferrite e/o nuclei speciali.

La principale differenza delle lampade a induzione a risparmio energetico rispetto ad altre sorgenti luminose è l'assenza di filamenti e termocatodi a contatto. Nei lampioni a induzione, gli elettromagneti sono posizionati all'esterno, quindi non c'è contatto diretto tra gli elettrodi e il mezzo gassoso ionizzato.

Ciò rende il bulbo del dispositivo di illuminazione più omogeneo e con una sollecitazione termica pressoché uniforme.

Con un funzionamento prolungato di tale illuminazione, non si osservano incrinature del bulbo di vetro e il materiale dell'elettrodo non si deposita sulle pareti.

L'assenza di elettrodi a incandescenza, necessari per l'accensione delle lampadine tradizionali, consente di ottenere una durata di vita incredibilmente lunga per i lampioni a induzione: fino a 120.000 ore di funzionamento.

Alcuni produttori dichiarano addirittura una durata di servizio fino a 150.000 ore. Questo valore supera di 10 volte la longevità delle semplici lampade fluorescenti, delle LVD a scarica, delle lampade al mercurio-tungsteno e degli apparecchi di illuminazione al sodio.

Inoltre, la durata delle sorgenti luminose a induzione è circa 2-3 volte superiore a quella dei LED.

Varietà di lampade a induzione

La prima lampada senza elettrodi a contatto fu dimostrata da Nikola Tesla nel lontano 1893 all'Esposizione Mondiale di Chicago. Il dispositivo di illuminazione presentato al pubblico era alimentato dal campo magnetico della bobina di Tesla. Il primo prototipo affidabile di sorgente luminosa a induzione fu creato da John Melvin Anderson nel 1967.

Classificazione delle lampade senza elettrodi

Nel 1994, la General Electric ha presentato la lampada compatta a risparmio energetico GENURA con un generatore ad alta frequenza integrato nello zoccolo.

La produzione in serie delle lampade fluorescenti a induzione è iniziata negli anni '90.

Oggi, i leader nella produzione di dispositivi di illuminazione senza elettrodi ad alta efficienza energetica sono le società PHILIPS Lighting, GE Lighting e OSRAM Licht AGO. La tabella mostra i parametri e il costo dei diversi modelli di lampade di questi produttori.

A seconda del tipo di costruzione, le sorgenti luminose a induzione possono essere:

• con reattore integrato: il generatore elettrico e la lampada sono combinati in un unico blocco;
• con avviatore elettronico separato: il generatore esterno e la lampada sono dispositivi separati.

A seconda del metodo di posizionamento della bobina, queste lampade si dividono anche in dispositivi con induttore esterno (a bassa frequenza) e interno (ad alta frequenza).

Nel primo caso, la bobina con nucleo ferromagnetico è avvolta attorno al bulbo. La frequenza operativa delle lampade a induzione esterna è compresa tra 190 e 250 kHz.

Hanno migliori condizioni per lo scambio termico intensivo con l'ambiente, poiché la bobina all'esterno del bulbo sigillato dissipa facilmente il calore emesso dal dispositivo. La durata dei dispositivi a bassa frequenza è fino a 120.000 ore.

Nel secondo caso, la bobina a induzione con nucleo avvolto si trova all'interno del bulbo di vetro. Il calore emesso si accumula nella cavità del dispositivo di illuminazione, quindi le lampade a induzione interna si riscaldano di più.

La loro frequenza operativa è compresa tra 2 e 3 MHz. La durata di tali sorgenti luminose non supera le 75.000 ore.

Per aspetto, i dispositivi con induttore interno ricordano le lampadine a vuoto. Mentre i modelli con induttore esterno hanno forma anulare o rettangolare.

Sia le lampade ad alta frequenza che quelle a bassa frequenza hanno un ampio margine di resistenza e si distinguono per una lunga durata.

Varianti di esecuzione e marcatura

Attualmente, le aziende specializzate nell'illuminazione hanno avviato la produzione in serie di lampade a induzione di diverse forme. Le caratteristiche costruttive e le varianti di esecuzione sono evidenti nella loro marcatura.

I primi due caratteri alfabetici nel codice determinano il tipo di dispositivo (IL – lampada a induzione), il terzo indica la forma. Dopo la lettera di designazione viene solitamente indicata la potenza.

ILK – lampade a induzione di forma circolare. Hanno elevati valori di resa luminosa e un'ampia gamma di temperature spettrofotometriche. Sono adatte per l'installazione in apparecchi di illuminazione rotondi e ovali.

Tali sorgenti luminose sono ampiamente utilizzate per l'illuminazione di magazzini, ampi capannoni industriali e di riparazione, centri commerciali, impianti sportivi.

ILSh – lampade a forma di sfera. Sono realizzate nella forma tradizionale dei comuni dispositivi di illuminazione a vuoto di elevata potenza. Creano una luce morbida e si accendono quasi istantaneamente.

Sono adatte per sostituire le lampadine a incandescenza con sorgenti luminose efficienti senza bisogno di cambiare l'apparecchio stesso.

Le ILSh vengono installate nei proiettori per l'illuminazione di hotel e ristoranti, supermercati, nonché in apparecchi da esterno e industriali.

ILU – lampadine a forma di U. Sono dispositivi con generatore separato. Emettono una luce bianca intensa e non sfarfallano durante il funzionamento.

Vengono utilizzate per l'illuminazione di stadi, tunnel, metropolitane e autostrade, cartelloni pubblicitari, insegne e altri oggetti.

ILB, ILBK – lampade con bulbo ad anello. In esse, generatore, bobina e tubo sono integrati in un unico blocco. Producono una luce soffusa che non abbaglia, si accendono rapidamente e facilmente a temperature fino a -35 °C.

Strutture simili vengono utilizzate per l'illuminazione di hotel e aree commerciali, parchi e giardini pubblici, nonché di aree private adiacenti.

Un discorso a parte meritano le fitolampade a induzione per piante. Si distinguono per la forma del bulbo in vetro e per il colore dell'emissione luminosa.

Diversi modelli di fitolampade a induzione sono adatti per l'illuminazione delle piante in un periodo specifico di crescita e sviluppo. Le serie di tali prodotti sono indicate con TIL. Le due lettere successive indicano il modello specifico della lampada.

Le fitolampade a induzione GP e VG sono progettate per l'illuminazione delle piante nella fase di crescita vegetativa. In esse predomina lo spettro di emissione blu.

I dispositivi FL vengono utilizzati nella fase iniziale della formazione dei frutti e per accelerare la fioritura. Emettono luce rossa.

Le lampadine del modello KL sono universali. Queste fonti luminose consentono di gestire la crescita delle piante. Generano una luce rossa intensa, necessaria per il pieno sviluppo dei frutti e una fioritura abbondante.

Esempi di marcatura:

• ILK-40 – lampadina a induzione rotonda con potenza di 40 W;
• TILPVG-120 – fitolampada a induzione rettangolare con potenza di 120 W, modello VG per la fase iniziale di crescita vegetativa delle piante.

L'emissione luminosa di una lampadina a induzione corrisponde al 97% dello spettro solare ed è quindi ideale per l'illuminazione artificiale di serre.

Vantaggi dell'uso delle lampade a induzione

Le lampade senza elettrodi producono una luce soffusa, confortevole per gli occhi. Le tonalità dei colori non vengono distorte.

La luminosità di tali lampade può essere regolata dal 30% al 100% utilizzando un semplice dimmer per dispositivi a filamento incandescente.

Il contenuto di mercurio solido negli apparecchi a induzione moderni è di diverse volte inferiore rispetto alle normali lampade fluorescenti a gas.

Anche dopo 75.000 ore di funzionamento, i dispositivi a induzione mantengono il livello di potenza luminosa all'80-85% di quello iniziale.

Le normali LL da luce diurna perdono fino al 55% di luminosità verso la fine della loro vita utile. Sulle loro lampadine si formano nel tempo cerchi scuri opachi.

Vantaggi dell'utilizzo delle lampade a induzione senza elettrodi:

• Rendimento 90%;
• durata di vita fino a 150.000 ore;
• emissione luminosa superiore a 90-160 lm/W;
• condizioni ottimali per la percezione visiva degli oggetti;
• intervallo di temperature operative da -35 °C a +50 °C;
• indice di resa cromatica Ra>80;
• elevati indicatori di efficienza energetica;
• riscaldamento minimo del bulbo;
• numero illimitato di cicli di accensione/spegnimento;
• assenza di sfarfallio;
• possibilità di regolare l'intensità luminosa;
• Il periodo di garanzia di funzionamento è di 5 anni.

I produttori dichiarano che le sorgenti luminose a induzione hanno caratteristiche tecniche migliori rispetto ai LED e costano diverse volte meno. Il consumo energetico di questi tipi di lampadine è approssimativamente uguale.

Applicazione delle lampade senza elettrodi

Gli apparecchi di illuminazione modernizzati, che non contengono termocatodi e filamenti, vengono utilizzati sia per l'illuminazione interna che esterna.

Campo di utilizzo delle lampade a induzione

Le lampade senza elettrodi hanno una protezione integrata contro i cortocircuiti (CC) e le sovratensioni.

Le lampade a induzione si distinguono per la resistenza ai carichi vibratori e agli urti accidentali, funzionano stabilmente anche a basse temperature dell'aria.

Grazie agli elevati valori di resa luminosa con un basso consumo elettrico, vengono utilizzate in diversi ambiti:

• per l'illuminazione di qualità delle strade;
• nei centri commerciali e di intrattenimento e nei complessi alberghieri;
• nei centri direzionali e negli ambienti domestici;
• per l'illuminazione di ampi capannoni e magazzini in impianti industriali;
• per l'illuminazione di serre e giardini d'inverno;
• per l'illuminazione di autostrade e gallerie;
• per realizzare un'illuminazione antideflagrante nelle stazioni di servizio.

Grazie alla stabilità dei parametri, le lampade a mercurio senza elettrodi vengono utilizzate come sorgenti puntiformi di precisione di radiazione UV in spettrometria.

Inoltre, il principio dell'eccitazione a induzione del gas viene applicato nel processo di trasferimento di energia da fonti esterne al mezzo attivo dei laser.

Tuttavia, a causa della presenza di radiazioni elettromagnetiche ad alta frequenza, le lampade a induzione non vengono installate nelle stazioni ferroviarie e negli aeroporti.

Inoltre, queste lampadine possono causare interferenze se utilizzate contemporaneamente con apparecchiature di laboratorio e mediche estremamente sensibili. Pertanto, non è consigliabile utilizzarle in ambienti con tali apparecchiature speciali.

Illuminazione stradale e per esterni

L'illuminazione stradale più efficiente può essere fornita da apparecchi da esterno con lampade a induzione ad alta efficienza energetica. Questo tipo di illuminazione garantisce una visibilità confortevole sia per gli automobilisti che per i pedoni.

Gli apparecchi stradali hanno un robusto fissaggio a mensola e vengono montati su pali e supporti standard. Vengono impiegati per illuminare aree verdi e parchi, strade e piazze, autostrade e parcheggi, lungomari e cortili.

L'avviamento istantaneo delle lampade a induzione minimizza le perdite di energia elettrica e consente di utilizzare il sistema di illuminazione nel modo più efficiente possibile. Ciò permette di organizzare l'illuminazione utilizzando sensori di movimento.

Ad esempio, l'accensione istantanea dell'illuminazione sulle autostrade nei punti in cui c'è movimento di veicoli e pedoni.

Inoltre, un sensore di movimento sensibile può essere abbinato a un interruttore crepuscolare programmabile.

Il dispositivo viene regolato in base a specifici valori di illuminazione. Quando il livello di luce è insufficiente, il sensore comanda l'accensione delle lampade.

La possibilità di dimmeraggio consente di applicare con successo sistemi intelligenti per la gestione efficiente dell'illuminazione stradale.

Grazie al controllo della luminosità delle lampade a induzione tramite un regolatore di potenza e un timer astronomico, è possibile ottenere un reale risparmio di energia elettrica e ridurre significativamente i costi di manutenzione.

L'implementazione di sistemi intelligenti permette di monitorare lo stato dell'illuminazione, misurare e analizzare i dati sul consumo energetico degli apparecchi.

Fonti di luce industriale sicure

L'utilizzo di dispositivi basati sulla tecnologia a induzione è una soluzione economicamente vantaggiosa per l'ammodernamento dei sistemi di illuminazione degli stabilimenti industriali.

Gli apparecchi a induzione si distinguono per l'elevata qualità costruttiva e non necessitano di manutenzione regolare. Riducendo notevolmente il consumo di elettricità, contribuiscono ad aumentare la redditività della produzione.

Gli apparecchi di illuminazione industriali hanno un grado di protezione IP54, che ne consente l'utilizzo anche in condizioni di sporco e umidità elevata. Possono essere installati in locali non riscaldati e poco ventilati.

Il vetro temperato abbinato all'isolamento in silicone protegge efficacemente l'involucro dall'ingresso di impurità estranee e acqua.

Esistono anche modelli industriali antideflagranti di illuminazione a induzione (IL). Essi non solo forniscono un'illuminazione di qualità, ma prevengono anche il verificarsi di situazioni di pericolo d'incendio. Tali apparecchi aumentano il livello di sicurezza nella produzione.

Sull'involucro degli apparecchi a induzione antideflagranti viene applicato un rivestimento polimerico antistatico.

Grazie a questo composto, i dispositivi di illuminazione sono caratterizzati da resistenza agli urti e resistenza alle temperature sotto zero.

Il rivestimento speciale a prova di scintilla non si deteriora nemmeno in ambiente alcalino e acido ed è in grado di mantenere le sue proprietà per 30 anni.

Illuminazione in serre e giardini d'inverno

Lo spettro della lampada a induzione corrisponde per il 75% alla radiazione fotosinteticamente attiva, necessaria per la crescita attiva e la fioritura prolungata delle piante.

Per questo motivo, le lampade senza elettrodi vengono utilizzate come fonti supplementari in giardini d'inverno e serre, per l'illuminazione di grow box standard e compatti, per l'illuminazione diretta, laterale e interfilare delle piante.

La temperatura di lavoro degli apparecchi a induzione non supera i 60 gradi Celsius, il che consente di posizionarli vicino alle piante verdi.

L'uso di tali lampade nei grow box permette di ridurre significativamente i costi di raffreddamento dei serbatoi.

L'impiego dell'illuminazione a induzione consente inoltre di progettare e installare separatamente l'illuminazione per ogni zona della serra.

Per correggere e dirigere la massima quantità di luce nel settore desiderato si utilizzano superfici ottiche – schermi. Essi focalizzano l'irradiazione su un'area specifica.

E grazie a speciali riflettori, si distribuisce uniformemente la luce artificiale su tutta l'altezza delle piante verdi.

Regole per la scelta delle lampade a induzione

Quando si scelgono dispositivi di illuminazione a induzione, è importante considerare le loro caratteristiche costruttive, le prestazioni operative, nonché il grado di sicurezza.

Solo rispettando questo approccio, le lampade a induzione possono essere considerate un acquisto vantaggioso.

Oggi nei negozi specializzati è facile trovare lampade a induzione senza elettrodi con potenza da 15 W a 500 W. Ma esistono anche modelli più potenti, destinati a varie esigenze produttive.

Le lampade con bulbo ovale sono prodotte per apparecchi con portalampada standard E14, E27 e E40.

Esistono anche tipi speciali rettangolari e anulari di dispositivi di illuminazione a induzione, che possono funzionare sia in corrente alternata che in corrente continua.

Vale la pena notare che le lampadine a induzione a forma di sfera sono di dimensioni maggiori rispetto alle normali lampade a incandescenza, poiché il generatore ad alta frequenza è nascosto nell'attacco. È importante tenerne conto al momento dell'acquisto.

Tutti gli apparecchi di illuminazione a induzione e le lampade senza elettrodi sono sottoposti a certificazione obbligatoria.

Pertanto si può parlare con sicurezza della loro sicurezza. L'amalgama si trova in un bulbo sigillato e, rispettando le regole di base del funzionamento, le sue perdite sono escluse.

Tuttavia, è necessario capire che, come le normali lampade fluorescenti, quelle a induzione richiedono un corretto smaltimento a causa della presenza di composti di mercurio e componenti elettronici.

L'amalgama solida – una lega di mercurio con altri metalli – può essere riutilizzata. Anche il vetro della lampada viene riciclato, ma separatamente dal fosforo.

Gli apparecchi con tecnologia a induzione non sono considerati tipi di illuminazione ecologicamente sicuri e in questo criterio sono molto inferiori ai LED.

È necessario aggiungere che la lampadina a induzione non raggiunge immediatamente il suo flusso luminoso stabile. All'avvio emette circa l'80% dell'irradiazione totale.

Perché questo indicatore raggiunga il massimo, la lampada senza elettrodi necessita di 2-3 minuti. Durante questo periodo, l'amalgama si riscalda a sufficienza e evapora la quantità necessaria di mercurio.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Gli apparecchi di illuminazione a induzione sono una nuova generazione di lampade a scarica di gas. Il principio di funzionamento di questo tipo di illuminazione:

Cosa rende le lampade a induzione, le caratteristiche degli apparecchi di questo tipo e il campo di applicazione:

Vantaggi dell'utilizzo di moderne fonti di luce a induzione negli impianti industriali:

La corretta installazione delle lampade a induzione nel rispetto di tutti gli standard e le norme consente di utilizzare efficacemente la tecnologia a risparmio energetico. Oggi, tali fonti luminose rappresentano un'alternativa ragionevole agli approcci tradizionali per l'organizzazione dell'illuminazione.

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